图像分析装置和程序的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及图像分析装置和程序，特别是，适合应用于对纤维增强复合材料中所 含有的纤维束的取向进行分析的图像分析装置和程序中。
【背景技术】
[0002] 近年来，正在推进作为一种纤维增强复合材料的陶瓷基复合材料(CMC: Ceramic Matrix Composites)的开发。CMC是将陶瓷的纤维用母材(基质）增强的复合材料，具有重量 轻且耐热性优异这样的特征。正在探讨利用该特征，例如将CMC用于飞机用引擎构件的方 案，目前正在尝试实用化。另外，通过将CMC用作飞机用引擎构件，可期待大幅度地改善油 耗。
[0003] CMC的一般的形成工艺如下。首先，将几百根左右的陶瓷纤维集束，制作纤维束，将 该纤维束编织来制作织物。纤维束的编织方法中，有例如被称为三维编织或平织的方法。三 维编织是将纤维束从XYZ方向这三个方向编织来制作织物的方法，平织是将纤维束从XY方 向这两个方向编织来制作织物的方法。
[0004] 制作织物后，通过化学气相渗透(CVI(Chemical Vapor Infiltration))和聚合物 浸渍热解(PIP(P〇lymer Impregnation and Pyrolysis))来形成基质，最后通过进行机械 加工和表面涂覆等来形成CMC。在此，此时形成的CMC中的纤维束取向大幅度地影响CMC的强 度。
[0005] 即，当纤维束在原本应呈直线的部位蜿蜒、或整体上从原本应配置的基准轴位移 而偏向、或在中途断裂时，CMC的强度显著降低。相对于此，纤维束没有蜿蜒、偏向或断裂并 向着特定的方向齐整地且恰当地排列的情况下，强度高且耐热性优异。因而为了确认所形 成的CMC的强度是否充分，重要的是评价纤维束的取向。
[0006] 专利文献1中，公开了下述取向分析方法:将树脂成型品的切片图像二值化，取得 二值图像，对该二值图像进行傅里叶变换，取得功率谱图，将与该功率谱图所描绘的椭圆正 交的椭圆的主轴方向视为树脂成型品所含有的填充剂(纤维）的取向方向。
[0007] 此外，非专利文献1中公开了下述技术:利用X射线CT装置拍摄将纤维束编织而成 的织物，取得X射线CT图像，使用特殊的滤波函数对该X射线CT图像进行计算，从而分析构成 纤维束的每一根纤维的取向。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特开2012-2547号公报
[0011] 非专利文献
[0012] 非专利文献1: T. Shinohara，J.Takayama，S.Ohyama，and A.Kobayashi，"使用结构 分析用长丝模型的纱线跟踪来进行的由纺织面料的三维DT图像的纱线位置信息的提取 (Extraction of Yarn Positional Information from a Three-dimensional CT Image of Textile Fabric using Yarn Tracing with a Filament Model for Structure Analysis )"，纺织研究杂志（Text i le Research Journal)，V〇1.80, No .7, pp.623-630 (2010)
【发明内容】
[0013] 发明所要解决的课题
[0014] 然而，就专利文献1中所述的技术而言，对于切片图像所含有的填充剂(纤维）的取 向，作为分析结果，只能得到一个方向的取向方向。因此，例如三维编织、平织那样在纤维束 在多个方向上取向的情况下，作为分析结果无法得到各自的纤维束的取向。此外，无法分析 纤维束是否没有蜿蜒、偏向或断裂并向着特定的方向齐整地且恰当地排列。
[0015] 此外，就非专利文献1中所述的技术而言，需要取得能够识别构成纤维束的每根纤 维的程度的高解像度的X射线CT图像。此时，为取得X射线CT图像的拍摄时间变长，无法在产 品检查中利用，因而不实用。此外，这是对截面呈圆形的纤维有效的技术，无法直接作为对 截面呈扁平的纤维束的取向进行分析的技术来使用。进而存在需要输入X射线CT图像内的 各纤维的起始点而操作变得繁琐这样的问题。
[0016] 本发明考虑以上方面而完成，提出能够由CMC的三维图像容易地分析纤维束的取 向的图像分析装置和程序。
[0017] 用于解决课题的方法
[0018] 为了解决这样的课题，本发明的特征在于，是根据纤维增强复合材料的三维图像 来分析纤维束的取向的图像分析装置，具备:输入部，输入三维图像;二值化处理部，将输入 的三维图像二值化并取得二值图像;取向推定处理部，基于具有对检测截面的形状赋予各 向异性的参数的取向检测滤波器，推定二值图像中各前景像素的取向；中心提取处理部，基 于取向检测滤波器从推定出取向的前景像素群提取表示纤维束中心的中心像素;纤维束连 接处理部，对所提取的中心像素群，将表示相同或类似的取向的中心像素视为相同的纤维 束，将表示相同的纤维束的中心像素彼此连接;蜿蜒判断处理部，计算所连接的表示相同的 纤维束的中心像素群的蜿蜒量。
[0019] 此外，为了解决这样的课题，本发明的特征在于，是根据纤维增强复合材料的三维 图像来分析纤维束的取向的程序，使计算机执行下述步骤:第一步骤，输入三维图像;第二 步骤，将所输入的三维图像二值化并取得二值图像;第三步骤，基于具有对检测截面的形状 赋予各向异性的参数的取向检测滤波器，推定二值图像中各前景像素的取向；第四步骤，基 于取向检测滤波器从推定出取向的前景像素群提取表示纤维束中心的中心像素；第五步 骤，对所提取的中心像素群，将表示相同或类似的取向的中心像素视为相同的纤维束，将表 示相同的纤维束的中心像素彼此连接;第六步骤，计算所连接的表示相同的纤维束的中心 像素群的蜿蜒量。
[0020] 发明的效果
[0021 ]通过本发明，能够容易地根据CMC的三维图像来分析纤维束的取向。
【附图说明】
[0022]图1为本实施方式中的图像分析装置的整体构成图。
[0023]图2为表示图像分析处理的流程图。
[0024]图3A为取向检测滤波器的概念构成图。
[0025]图3B为姿态控制角的概念构成图。
[0026]图4A为检测纤维束的方向的操作的概念图。
[0027]图4B为检测纤维束的中心位置的操作的概念图。
[0028]图5为取向推定处理的详细的流程图。
[0029]图6为中心提取处理的详细的流程图。
[0030]图7为纤维束连接处理的详细的流程图。
[0031 ]图8为纤维束提取图像制作处理的详细的流程图。
[0032]图9为表示其他图像分析处理的流程图。
[0033]图10为输入三维编织织物的X射线CT图像时的分析结果。
【具体实施方式】
[0034]以下对于附图，详述本发明的一个实施方式。
[0035] (1)整体构成
[0036]图1表示本实施方式中的图像分析装置1的整体构成。图像分析装置1是具备中央 处理器(CPU(Central Processing Unit)) 11、输入部12、记录部13、显示部14和存储器15而 构成的计算机。
[0037] CPU11是与容纳于存储器15中的各种程序协同性地作用，并综合性地控制图像分 析装置1的动作的处理器。输入部12是接受来自用户的输入的界面，例如为键盘、鼠标。此 外，本实施方式中的输入部12也是输入构成陶瓷基复合材料（CMC(Ceramic Matrix Composites))的织物的X射线CT图像G10的界面。
[0038] 在此，CMC是纤维增强复合材料，其通过将几百根左右的陶瓷的纤维集束，制作纤 维束，编织该纤维束而制作织物后，用碳等被覆纤维表面